黄河冲积平原粉喷桩复合地基试验研究及施工优化

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1、山东大学硕士学位论文桩处理一般建筑地基的设计思路。由于黄河冲积平原广泛分布粉土，高速公路粉喷桩施工也有其自身的特点，需要加固的粉土地基沿高速公路分布较分散，工作面宽窄不一，所需材料数量大，人员及机械台班配置有待于进一步合理化。需要建立合理的施工方案，提高质量、加快工期、降低成本，提高项目施工的经济效益与社会效益．1．2粉喷桩研究现状粉喷桩是粉体喷射深层搅拌法的简称，是一种较新的加固处理软基的方法。原理是通过专用的深层粉体喷射搅拌机械在钻孔过程中，将粉状加固料如水泥、石灰粉。用压缩空气喷入被加固的软土地基中，凭借特别的钻头叶片的旋转，使加固料与原位土强制搅拌混合，加

2、固料吸水后进行一系列的物理化学反应，使软土硬结，形成整体性强、稳定性好和具有一定强度的桩体，这种桩体连同桩间土共同形成复合地基，实践证明，这种复合地基承载力比天然软土地基承载力有大幅度提高。具有下述四个方面作用n，：(1)桩体作用：由于粉喷桩桩体的刚度较桩周围土体大，在路堤填筑荷载作用下，复合地基中的应力将按材料模量进行分布。因此，产生应力集中现象，大部分填土荷载由桩体承担，作用在桩间土的应力相对减少。这样就使得复合地基承载力较原地基有所提高，沉降量有所减少。(2)垫层作用：粉喷桩通过喷注水泥粉与地基土原位均匀搅拌硬结成桩体，并与桩间土复合形成一个复合地基或复合层

3、。显然这一层的力学特性优于天然地基软土，起着均匀应力和增大应力扩散角的作用。(3)挤密作用：粉喷桩就地搅拌且喷注水泥粉与地基土形成桩体的过程中，不再向地基中注入附加水，反而桩体中的水泥粉对周围软土具有吸水、发热和膨胀的作用，对桩周围土同样可起到挤密效果。(4)加筋作用：粉喷桩除了提高地基的承载力，还可起到提高土体的抗剪强度，增加软基路堤填筑的稳定性。粉喷桩的研究现状主要体现水泥土特性的室内试验、现场试验、荷载传递规律、理论计算等方面。山东大学硕士学位论文1．2．1水泥土特性的室内试验国内学者对水泥土特性的室内试验研究已作过大量的试验分析，主要研究进展概括如下：(1

4、)水泥土的无侧限抗压强度试验表明水泥土的无侧限抗压强度比天然土的提高了很多。周国钧、胡同安等根据水泥土的无侧限抗压强度试验认为，水泥土的变形特性随强度不同而介于弹脆性体与弹塑性体之间。林琼、刘一林∞】等通过水泥土一土复合体一维压缩试验和三轴固结不排水剪试验发现，水泥土一土复合体的应力、应变曲线类似于超固结土，随着围压的减小、置换率的提高和水泥掺合比的增大，复合土体由塑性破坏向脆性破坏转化，复合土体存在屈服压力，当外荷载小于该屈服压力时，复合土体只会产生很小的压缩变形，屈服压力数值随置换率和水泥掺合比的提高而增大。试验成果表明，影响水泥土无侧限抗压强度的主要因素有：

5、1)水泥掺合比；2)养护龄舰；3)水泥标号；4)土样含水量；5)土中有机质含量；6)外加剂；7)周围条件。(2)水泥土的抗剪强度高压三轴仪剪切试验结果表明：水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高。水泥±的粘聚力一般为无侧限抗压强度吼的20～30％，=200—30％。林琼【l】根据室内试验表明：1)抗剪强度随固结压力矿．的增大而略有提高；2)其有效强度指标C、西随置换率和水泥掺合比增大而提高。(3)水泥土的压缩特性水泥土具有明显的超固结特性。YoshioSuzuki(1982)的研究表明，水泥土的固结屈服应力随水泥掺合比的增加而增大。林琼12】研究表明，与原状土相比

6、，水泥土的压缩系数明显减小，而压缩模量明显提高，掺合比越大，改善效果越好。(4)其它研究成果水泥土除进行室内物理力学特性研究之外，不少学者还从化学成分等方面加以分析讨论。认为水泥土的强度主要来源于两部分水化物的胶结作用，即水泥本身的水化物的胶结作用和水泥水化时产生的Ca(OH)。与土中活性物质之问的硬凝反应所产生的水化物的胶结作用这种方法很好地解释了不同土质对水泥土强度4山东大学硕士学位论文的影响，从微观上对水泥土特性进行了有益的研究，这是对宏观为主进行研究的补充，是值得进一步探讨的方法。1．2．2现场试验现场试验可直观真实地研究粉喷桩的作用机理及荷载传递规律等问

7、题，目前工程界试验内容主要包括：承载力检验和路基施工观测。承载力检验按规范要求采用静载荷试验确定，路基施工观测则通过在路基内埋设相关测试仪器对旌工期进行跟踪观测。承载力载荷试验虽然作的工作较多，但主要以工程检测为主，而且静载试验资料主要照搬常规方法处理，这对于力学特性比较复杂的粉喷桩复合地基而言存在着理论依据不足和人为因素干扰等缺点，需要深入研究进行改进。路基施工观测主要内容有：路基沉降变形、孔隙水压力消散、路堤侧向变形、土压分布、桩身应变等内容，路基沉降变形观测主要采用沉降板或沉降磁坏，孔隙水压力采用孔隙水压力计监测，路堤侧向变形则通过侧斜管和边桩观测，土压力分

8、布主要采用